Od magazynowania wodoru do ogniw zasilających. Cichy debiut akumulatorów H⁻
Jony wodorkowe (H⁻) nie są nowe dla chemii, ale są nowe dla akumulatorów wielokrotnego ładowania, które działają w temperaturze pokojowej. Do tej pory sprawienie, by H⁻ pędził przez ciało stałe, a cały akumulator pozostawał stabilny, było rodzajem materiałowego skoku na Księżyc, który wymagał siłowania się z ekstremalnymi temperaturami. Teraz jednak zespół kierowany przez Pinga Chena z Dalian Institute of Chemical Physics twierdzi, że przekroczył tę kluczową linię startu z kompaktowym prototypem działającym w temperaturze pokojowej, który zachowuje się tak, jak powinien akumulator. Ładuje się, rozładowuje, a w konfiguracji szeregowej zasila diodę LED przy około 1,9 V, dając skromny blask zapowiadający znacznie większy krajobraz.
Czytaj też: Dom i auto z jednej skrzynki. Nowy system jednocześnie grzeje i ładuje
Kluczem do osiągnięcia tego był elektrolit, którego naukowcy zaprojektowali jako kompozyt rdzeń-powłoka, nakładając cienką, stabilizującą powłokę wodorku baru na rdzeń z wodorku ceru. Wodorek ceru zapewnia szybkie przewodnictwo jonów wodorkowych, podczas gdy wodorek baru poskramia reaktywność i poszerza okno elektrochemiczne. Efekt to stałotemperaturowe przewodnictwo wodorkowe i to, co autorzy opisują jako zachowanie superjonowe powyżej około 60°C, gdzie mobilność jonów zaczyna przypominać ciecz, choć materiał pozostaje ciałem stałym. To połączenie (szybkość plus stabilność) jest kluczem, którego wcześniejsze próby nie potrafiły przekręcić.
Czytaj też: Niczym turbosprężarka dla elektrycznych samochodów. Koniec z ograniczeniami
Wykorzystując ten elektrolit, zespół zmontował prostą komórkę z anodą z wodorku ceru i katodą z alanianu sodu, który to jest znany z badań nad magazynowaniem wodoru. Przy pierwszym rozładowaniu katoda dostarczyła 984 mAh na gram i utrzymywała około 402 mAh na gram po 20 cyklach w temperaturze pokojowej. Nie są to spektakularne wyniki, ale przynajmniej pokazują, że chemia wodorkowa potrafi gromadzić i przenosić znaczący ładunek w pętli ładowalnej, a nie w reakcji jednorazowej. Droga do rzeczywiście użytecznych parametrów w codziennym życiu jest więc długa, ale warta podjęcia, bo w tej chemii kluczowe jest bezpieczeństwo i elastyczność materiałowa. Użycie wodoru jako nośnika ładunku omija igłowate dendryty litu, które mogą powodować zwarcia, a przejście z łatwopalnych elektrolitów ciekłych na architektury w pełni stałe obniża ryzyko zwarć i pożarów.
Czytaj też: Wycięli las, zainstalowali panele słoneczne i wywołali burzę. To może spotkać każdego z nas
Prawdziwą wartością tego prototypu nie jest to, że dziś pokonuje lit, lecz to, że otwiera nową oś w projektowaniu akumulatorów: przewodniki anionowe w stałych elektrolitach działających w temperaturze pokojowej. Jeśli badaczom uda się wydłużyć żywotność o dwa rzędy wielkości, podnieść napięcie powyżej 2 V na komórkę bez utraty stabilności i udowodnić możliwość produkcji poza laboratorium, to akumulatory wodorkowe mogą uzupełnić te litowe. Na razie blask diody LED nie jest metą, a obiecującym startem.